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Automax DPS在攀钢冷轧酸洗线的应用

Automax DPS在攀钢冷轧酸洗线的应用

[摘 要]主要介绍Automax DPS-SD3000自流传动控制系统原理及在攀钢冷轧厂酸洗线的应用。Automax DPS将传动分成不同的层次进行控制,通过Automax PLC处理器进行较高级别的控制运算和传动控制调整,用UDC控制模块进行外部控制环处理,用PMI系统进行功率模块的实时控制。 0 引言 传统工业领域中直流调速系统已被广泛使用。2000年开始的攀钢集团公司冷轧薄板厂酸轧联机改造小,酸洗生产线使用的直流控制系统是美国Reliance公司(现美国Rockwell公司)的Au-tomax DPS-SD3000直流传动控制系统。 Automax DPS是对交流和直流传动控制进行分布式处理的系统。它将传动控制分成不同的层次,并通过Automax PLC处理器进行较高级别的控制运算和传动控制调整,用UDC控制模块进行处部控制环处理,PMI系统进行功率模块的实时控制。 1 系统组成 Automax DPS-SD3000直流传动控制系统由UDC模块(Universal Drive Controller Module)、PMI (Power Moudle Interface)机架和功率整流单元柜组成见图1。
(1)UDC模块。特殊高速从处理器模块,安装在Automax PLC机架上,一个Automax PLC机架上最多可同时安装10块UDC模块,一个UDC模块可以控制两个单独的直流电机,即最多可控制20个传动电机。以RISC微处理器为基础的UDC模块包含非易失性闪存储器,存储UDC模块和PMI处理器的操作系统,存储传动配置信息,UDC任务及其他信息。UDC模块与Automax PLC处理器之间的数据交换通过UDC内双端口存储器进行。通过UDC模块上的指示灯状态,用户可快速判断出模块是否损坏以及UDC与PMI的通信是否正常。 (2)光纤。光纤电缆为UDC模块和PMI之间提供点对点的串行通信,传输速率为10Mb/s。通过光纤连接,UDC模块将PMI操作系统,传动配置参数,如功率、电压、转速等,以及其他公共数据传输到PMI处理器;同时PMI处理器将现场反馈数据(如电机转速、电枢电流等)和传动状态等上传给UDC模块。在PMI和UDC模块间的同步命令及反馈命令均通过光纤连接。 (3)PMI机架。攀钢冷轧酸洗采用4槽机架,由1个供电电源模块、1个PMI处理器模块、1个解析及传动I/O模块、1个直流功率技术模块构成。 1)电源模块。提供PMI机架内模块需要的电源,同时在输出端给机架风扇供电。 2)PMI处理器模块。以RISC为基础的PMI处理器模块控制PMI机架的所有通信,执行控制内环即电流环的控制计算,向UDC模块提供反馈数据、状态信号和系统诊断信息。在处理器模块上有5个LED指示灯,可根据灯的状况初步判断是何处故障,例如通信故障、外部故障等。 3)解析及传动I/O模块。提供12或14b/s分辨率的外部解析器信号到PMI处理器,同时为传动I/0提供模拟信号输人,对解析器及测速仪电缆长度自动进行补偿。在解析及传动I/0模块上有9个LED指示灯,可根据灯的状况初步判断故障状况,如保险烧损、供风不足等。 4)直流功率技术模块。将电枢和励磁电流控制演算中所需的相关信号数字化,生成电枢和励磁功率模块中晶闸管的触发信号,采集电枢和励磁相关反馈信号,如电枢电流和电压、交流供电电压等 (4)功率整流单元。攀钢冷轧酸洗用的DC功率单元有两种:一种是直流电枢功率模块,通过SCR整流器调整电压电枢功率;另一种是直流励磁功率模块,进行励磁电流的调节、励磁系统的控制、弱磁调节及励磁丢失等控制。 Automax DPS-SD3000直流传动控制系统对直流传动控制进行分布式处理,它将直流传动控制分为两级:高级控制级和现场控制级。高级控制级由Automax PLC处理器和多块通用传动模块(UDC Moudle)共同执行,主要负责直流传动的速度环控制(即控制外环),进行电机速度及电流参考值的计算、电机的速度协调以及传动的各种补偿处理等;现场控制级由PMI系统负责完成,在PMI机架上的RISC微处理器负责电流环控制演算、现场传动I/O处理及电机的电枢和励磁整流单元晶闸管触发脉冲的产生。其控制原理如图2所示。
当UDC模块和PMI系统第1次通过光纤通信时,PMI将向UDC模块请求操作系统。当UDC块在装入自己的操作系统及传动参数时,它将同时下装相应的操作系统到PMI。指令信息在UDC任务的每一次扫描结束前被UDC模块送到PMI,反馈信息在UDC任务的每一次扫描开始前被PMI送到UDC模块。 2 应用特点及系统诊断 2.1 应用特点 Automax DPS系统具有精确的故障诊断系统,通过LED显示故障代码和状态,可以使维护人员 迅速判断出故障原因和故障位置。DPS具有较为灵活、方便的测试和自动补偿系统,允许用户随时对现场控制电机进行测试,如电枢电阻、励磁电阻、时间常数等,并且自动将测试值写入系统中,另外对转速检测装置(如解析器)自动进行电缆长度补偿。 在每个PMI机架中的处理器模块上有4个模可以就地同时接4块模拟表或其他记录仪,用来监视电机电流、转速、电压等;在UDC模上也有4个数字/模拟测量输出口,可以对电机控制的相关变量进行输出测量,这样块极大地方便了现场调试和状态监控,为快速判断故障提供依据。 整个Automax控制系统的人机接口是通过PC编程机实现的,通过编程器可以对DPS的控制参数、控制程序、电机参数等进行修改,修改完毕编译下装后,没有编程器就无法对系统进行人为干预,保证了系统的可靠性。在DPS中,控制内环(即电流环)固化在系统硬件中,用户无法修改;控制外环(即速度环)采用增强Basic语言编写程序,具有一定的灵活性,用户可根据需要通过改变编译下装程序后改变控制模式。 Automax控制系统的PLC、UDC及PMI处理器均使用32位的RISC的CPU,系统响应较快,对传动控制能够快速响应。 2.2 系统诊断 为了能够迅速诊断和排除故障,DPS内置有全面的诊断系统。根据系统运行方式,分为3种诊断模式:(1)上电诊断。上电诊断由UDC模块和PMI机架中的PMI处理器执行,当给Automax机架或PMI机架送电时,UDC模块或PMI处理器会立即执行一系列模块硬件自诊断检查,如果上电诊断通过,系统继续运行;如果上电诊断未通过说明系统硬件有问题。(2)联锁诊断。联锁诊断由PMI处理器执行,该诊断主要检查系统控制条件是否满足,如相序检查等。如果在联锁诊断中发现有任何一个错误,PMI操作系统会自动将电流控制回路(电枢或励磁)置于空载状态,封锁控制回路输出。同时,在联锁诊断中,系统会自动进行电枢和励磁的鉴别测试,并将鉴别出来的数据自动写入到系统中,从而实现系统对传动的精确优化控制。(3)运行诊断。当UDC模块将操作系统传输给PMI机架后,运行诊断开始连续运行。运行诊断检查PMI机架各模块和传动装置的状态,以及UDC与PMI之间的通信是否完整。诊断的结果分别存放在UDC模块的错误和故障寄存器中,以供系统和用户查看。运行诊断和联锁诊断的主要区别是联锁诊断检查的是控制回路启动(即空载状态)前的状态条件,运行诊断诊断的是控制回路启动后(即带负载状态)的状态条件。诊断的结果可分为两类,一类是传动报警,是被PMI处理器操作系统诊断出的错误状态,指示传动控制未处于优化状态,如AC三相不平衡等,传动报警不会关闭控制系统;另一类是传动故障,是被PMI处理器操作系统诊断出的故障状态,该故障会自动关闭控制系统,如晶闸管击穿、模块损坏、电机故障等。 3 结束语 自2002年AutomaxDPS-SD3000直流传动控制系统在攀钢冷轧厂酸轧联机改造投入应用以来,可靠性较高,运行基本稳定。由于DPS采用模块化设计,具备日后升级能力,且与其他PLC兼容,因此推广应用前景较大。
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